多中取一

美国国家航空航天局的深空1号探测器（DS1）最近成为头条新闻，因为它以每小时约59,400公里的速度飞掠博雷利彗星2,200公里以内，首次拍摄到彗星核的详细图像，正如一位研究人员所说，“使我们对这些游移天体的了解翻了一番。”

但是，这艘勇敢的探测器——它早在1999年9月就完成了其主要任务的目标，并最终于2001年12月18日停止运行——将被人们铭记，不仅仅是因为它在彗星飞掠期间所做的科学研究，更是因为它所测试的技术所带来的更广泛的影响（参见侧边栏）。“它在一天内产生的[图像和测量数据]足以彻底改变我们对彗星的理解，”NASA喷气推进实验室（位于加利福尼亚州帕萨迪纳）的任务项目经理马克·D·雷曼说。“但其主要任务将对未来的许多太空任务产生影响。长期的科学回报将是巨大的。”

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DS1于1998年10月发射，是美国国家航空航天局于1994年末启动的新千年计划的第一个任务。该任务的目标是测试十余项先进技术，包括离子推进发动机、取代地面标准航天器完全控制的自主导航系统、先进的太阳能聚光器阵列和微型仪器。该任务总成本略低于1.6亿美元，从启动到发射历时三年，使其成为现代航天时代最便宜、开发速度最快的行星际任务之一。

在DS1测试的12项技术中，也许离子或太阳能电力推进受到了最多的关注。这是理所当然的：尽管离子发动机已经在科幻小说和电影中使用了几十年，但在DS1之前，从未在真正的航天器上用作主要推进系统。原理很简单：电子枪电离进入一个咖啡罐大小的腔室的氙推进剂。另一端的两个带负电的钼网将氙从航天器中抽出以提供推力；阴极向离开的氙添加电子，从而使航天器不会带负电（见插图）。氙离子提供微小的推力——大致相当于一张纸放在您手上所施加的压力，比行星航天器上典型的化学推进系统提供的力小10,000倍——这种推力缓慢但有效地提高了航天器的速度。

当DS1的离子发动机关闭时，它已经推进了超过677天，并使用了其原始81.5公斤燃料中的73.5公斤。实现基本任务成功的最低运行时间为200小时。由于离子推进比传统的化学推进效率高10倍，因此DS1能够比其他方式更频繁地改变其速度，并使用更少的推进剂——当发射成本为每磅数万美元时，这一点非常重要。

由于DS1的测试，离子推进现在已成为任务设计师在其未来飞行计划中可以采用的可接受技术工具包的一部分。例如，正在考虑将其用于一项将与灶神星小行星交会的任务，围绕其运行九个月，然后继续与谷神星交会，对其进行九个月的研究。“使用传统的化学推进绝对不可能做到这一点，”雷曼说。

另一项将再次应用于太空的DS1测试技术是AutoNav，即自主导航系统，该系统使航天器能够在很长一段时间内自行驾驶。类似的系统将用于深度撞击任务，该任务将于2004年1月发射，将把一个350公斤的撞击器撞击到彗星中，以揭示地下结构以供研究。

借助AutoNav，DS1在保持航向方面，对地面天线的宝贵且有限的时间的需求大大减少。而以往所有的航天器任务都完全由地面数十甚至数百名地面控制人员操作，而DS1只需要不到十几人。雷曼认为，对于美国国家航空航天局计划的未来任务，更多的航天器将不得不展示这种独立性。“我们不能像过去那样建造或操作，因为我们没有相同的条件——也没有相同的科学问题，”他说。“如果我们想从更困难的地方——彗星、小行星、卫星、其他行星如火星——带回样本，我们需要更小、更智能的航天器。航天器将不得不为自己做决定。我们需要它们更灵活，并适应其环境中不断变化的情况。如果我们要运行许多[任务]，我们将不得不拥有自主性。”

但这并不是说DS1足够灵活，可以避免在其航行期间的所有困难和失望。例如，在1999年7月的首次飞掠遭遇中，DS1传回了小行星布拉ille的令人失望的图像。这颗小行星比最坏情况的预测还要暗淡，并且相机没有像预期的那样对微弱的光线做出反应，因此它没有为跟踪系统提供有用的信号。然后，航天器的星 Tracker——使航天器保持航向的关键设备——在1999年11月发生故障；星 Tracker不是测试技术之一，而是一种商业设备。航天器工程师开发了一种创造性的新软件和现有设备新用途的组合，使老化的航天器能够继续执行扩展任务。AutoNav和科学相机被投入到额外的服务中。“当星 Tracker发生故障时，我们开始使用科学相机作为星 Tracker。自去年年初以来，它每30秒拍摄一张照片[或每年一百万张照片]，”雷曼说。AutoNav使用这些照片来帮助确定航天器的方向。

““当它到达博雷利彗星时，航天器已经老旧且衰弱，”雷曼说。“用它来返回如此令人兴奋的科学成果——这真是太酷了。””

在博雷利彗星飞掠后的最后几个月里，DS1仍然继续运行以进行技术测试，雷曼称之为“超扩展任务”。任务工程师在一些非标准配置中操作了离子推进系统，并测试了它的一些故障模式，以探索老化对系统的影响。事实上，所有九项硬件技术都在超扩展任务期间进行了测试。

现在发动机已经关闭，DS1将漂浮在其绕太阳的轨道上，它的工作已经完成；它的无线电接收器将保持开启，以防后代想要联系该航天器。“它只会成为一块宇宙漂浮物，”雷曼指出，“但这是一块我们会留下许多美好回忆的漂浮物。”